击他们的，正是早已在此严阵以待的八路军第3师。
第3师按照总部的预定部署，在战役发起前就已秘密机动至太原以北地区，任务是切断同蒲路，堵住日军北逃退路。
在接到129师攻克晋中、多田骏可能突围的情报后，罗师长立即命令部队在阳曲镇一带的有利地形设伏，张网以待。
第3师装备T-34坦克，大量的五六式枪族、53式82毫米迫击炮、107毫米火箭炮以及缴获和自产的无后坐力炮、火箭筒等武器，火力远超一般日军部队，且以逸待劳，占据了绝对的地形优势。
伏击战打得干净利落。
日军突围部队毫无防备，队形密集，在突然而猛烈的火力打击下，损失惨重，先头部队几乎被全歼，后续部队也被压制在公路上，无法前进。
多田骏组织了几次小规模的反冲击，试图打开缺口，但在第3师稳固的防线和优势火力面前，均被轻易击退，除了增加伤亡外，毫无进展。
战斗持续了约一个小时，日军伤亡已超过千人，突围势头被彻底遏制。
部队士气彻底崩溃，士兵们惊恐地蜷缩在公路两旁，不敢再向前一步。
“司令官阁下！前方八路军阻击火力极其凶猛，兵力雄厚，我们……我们冲不过去！”
一个满身是血的联队长踉跄着跑来报告，他的部队在刚才的反冲击中损失殆尽。
楠山秀吉看着眼前混乱不堪、死伤枕藉的队伍，以及远处八路军阵地上不断闪烁的枪口焰，心沉到了谷底。他知道，突围已经失败了。
“司令官，”楠秀吉凑到多田骏耳边，声音低沉而绝望，“敌军早有准备，以逸待劳，我军疲惫之师，士气低落，强行突围……恐有全军覆没之险。
为今之计……只有……只有转进回太原城内，依托城防工事，或许还能多坚持一段时间，等待……等待渺茫的转机。”
多田骏看着眼前地狱般的景象，听着耳边不绝于耳的哀嚎，最后一丝勇气也消失了。
他明白，楠山秀吉说的是事实。继续冲下去，只有死路一条。
他痛苦地闭上眼睛，艰难地吐出了命令：“传令……停止进攻……全军……转进太原城……”
撤退的命令一下，日军残兵如同得到了赦免，立刻掉头，向着太原城狼狈逃窜，溃退的过程中又发生了严重的踩踏和混乱，丢弃了大量武器和装备。
第3师部队趁势发起短促追击，又歼敌数百，一直将日军赶回太原城下，才停止进攻，转而巩固阵地，与从南面压过来的
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